Handlungsempfehlung für die sichere Planung und Nutzung thermischer Grubenwärmespeicher

Die hier vorliegende Handlungsempfehlung für die sichere Planung und Nutzung thermischer Grubenwärmespeicher wurde inhaltlich von Wissenschaftler/-innen und Mitarbeiter/-innen verschiedener Forschungseinrichtungen und Ingenieurbüros unter Leitung des Fraunhofer IEG und der Ruhr-Universität Bochum erarbeitet. Die Handlungsempfehlung soll praxisorientierte Lösungsvorschläge und Ansätze zur Identifikation, Quantifizierung, sowie zu präventiven und aktiven Gegenmaßnahmen gegen mögliche Gefährdungen bei saisonalen Wärmespeichern, die auf den aktuellen Forschungsergebnissen und praktischen Erfahrungen in der Umsetzung von Grubenwärmespeichern (MTES) basieren, aufzeigen. Die hier vorgestellten Empfehlungen basieren auf den kombinierten Betriebserfahrungen aus Grubenwärmespeicher-bezogenen Untersuchungen in Hartgesteinsbergwerken, darunter Standorte, die durch einen aktiven hydraulischen Durchfluss gekennzeichnet sind, sowie Standorte mit längeren Verweildauern und erhöhter hydrogeochemischer Empfindlichkeit. Feldversuche, Laboruntersuchungen und adaptive numerische Simulationen zeigen, dass die thermische Leistung und die Umweltreaktion von MTES-Systemen durch gekoppelte thermische, hydraulische, geochemische und mikrobiologische Prozesse bestimmt werden, deren relative Bedeutung je nach Standort in Abhängigkeit vom hydraulischen Regime, der Pufferkapazität, der mineralogischen Zusammensetzung und den betrieblichen Randbedingungen variiert. In diesem Zusammenhang lassen sich MTES-Systeme als Kontinuum zwischen strömungsdominierten Systemen, in denen advektiver Wärmetransport und -verluste vorherrschen, und speicherdominierten Systemen verstehen, in denen Verweilzeiten und die Kopplung von In-situ-Prozessen das Systemverhalten stärker beeinflussen. Dementsprechend sollten die Relevanz und Priorisierung einzelner Überwachungsparameter und betrieblicher Maßnahmen auf standortspezifischer Basis bewertet werden, und zwar auf der Grundlage einer strukturierten Bewertung der vorherrschenden Prozesssteuerungen und nicht anhand einheitlicher Annahmen für alle Bergwerksumgebungen.
Das Dokument bietet einen Überblick über ausgewählte Teilaspekte, welche für eine sichere Implementierung und Zukunftsfähigkeit dieser Technologie von Bedeutung sind. Der Fokus liegt hierbei zum einen auf der Schaffung eines fundierten Grundverständnisses zu den wichtigsten Gefährdungen, die bei saisonalen Grubenwärmespeichern auftreten können, und zum anderen im Aufzeigen von Möglichkeiten der Observation und Prävention dieser Gefährdungen anhand von wissenschaftlichen und technischen Lösungen. Angesichts der Komplexität und Vielschichtigkeit des Themas Wärmespeicherung im Untergrund wird betont, dass diese Empfehlungen nicht den Anspruch erheben, eine umfassende Betrachtung aller relevanten Aspekte zu liefern, sondern gezielt Teilaspekte beleuchten.